基于WEB的远程监控系统

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1、基于web的远程监控系统摘 要随着自动控制技术和网络通信技术的巨大发展,为了满足现代企业对生产过程自动化和信息管理的新要求,基于web的远程实时监控已成为解决企业地域限制、提高工艺控制水平和企业管理水平的普遍需求。本文通过分析基于web的远程监控系统在国外发展和研究现状,全面介绍了基于web的工艺参数远程监控系统的总体结构和应用技术,结合某化工厂酚醛树脂储液罐温度控制系统,提出了储液罐温度远程监控系统的技术方案,并完成了该系统的设计。本文主要工作如下：1. 给出了采用TCP/IP技术,B/S体系结构的基于web的储液罐温度远程监控系统设计方案,分析在Internet/Intranet环境下实现

2、实时数据发布和远程控制的可行性。2. 利用杰控组态软件Fameview制作储液罐温度远程监控系统上位机监控画面,以研华PCL-812PG作为I/O接口设备完成下位机数据交换,结合组态软件的web发布功能将现场工艺参数与Internet连接起来,实现对工艺参数的远程监控。本文综合了现场监控和远程监控,设计并实现了储液罐温度远程监控系统,给出了一种低成本的工艺参数远程监控系统设计方案,具有良好的经济效益和应用推广价值。关键字: web; 远程监控；储液罐；组态软件；Fameview;Abstract With the tremendous development of automatic cont

3、rol and communication technology of the network, in order to meet the new requirements of modern business process automation and information management, remoteweb-based real-time monitoring has become to solvebusiness general needs of the geographical restrictions business and improve the process co

4、ntrol level and the level of business management .This paper analyzes the development and research of the web-based remote monitoring system at home and abroad, and give a comprehensive introduction of the overall structure and applied technologyto web-based remote monitoring system for industrial p

5、arameters.With a chemical plant control system of tank temperature of phenolic resin, proposed the technology program of tank temperature remote monitoring system , and completed the design of the system.In this paper, as follows:1. Proposed the design program of web-based remote monitoring system o

6、f tank temperature ,by using TCP / IP technology and B / S architecture. Analysis to achieve real-time data distribution and remote control is feasiblein the Internet / Intranet environment .2. Make the host computermonitor screen of remote monitoring system of tank temperature, using configuration

7、software of Fameview products. Use Advantech PCL-812PG as I / O interface device to complete the next-bit machine data exchange,link the technical parameters of industrial site to Internetto achievetheremote monitoringoftechnical parameterswithwebpublishing function ofconfiguration software.Thispape

8、rcomprehensiveon-sitemonitoring andremote monitoring, the remote monitoring system of tank temperature was designed and implemented.Proposed a low-costdesign program of remote monitoring system for technical parameters,Withgood economic andapplication value.Keywords:web;Remote monitoring; Tank;Confi

9、guration software;Fameview;目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究的背景和意义11.2 远程监控系统概述21.2.1 远程监控系统的原理21.2.2 远程监控系统的分类31.2.3 远程监控系统的发展趋势41.3 基于web的远程监控系统国外研究现状51.3.1 国外研究现状61.3.2 国研究现状71.4 论文的研究思路与容7第2章 基于web的远程监控系统92.1 基于web的监控系统结构及功能要求92.1.1 基于web的监控系统体系结构92.1.2 基于web的监控系统功能要求102.2 基于web的监控系统监控模式112.2.1 工业控

10、制系统监控模式112.2.3 C/S与B/S模式的比较15第3章 监控系统设计中的关键技术分析173.1 上位机监控组态分析173.1.1 组态软件概述173.1.2 监控组态软件介绍193.1.3 Fameview组态软件简介213.2 下位机检测部分分析233.2.1 PCL-812PG数据采集卡233.2.2 传感器的选型253.3 上位机与下位机之间的通讯26第4章 基于web的远程监控系统结构设计284.1 基于web监控系统的整体结构设计284.1.1 设计目标284.1.2 设计原则294.1.3 系统结构原理图304.1.4 远程监控系统整体结构304.2 基于web的远程监控

11、系统的运行过程324.2.1 系统具体运行过程324.2.2 关键技术简介334.3 现场监控系统设计344.3.1 系统I/O点分配354.3.2 接口设备的安装与连接364.3.3 硬件连接及板卡的设置374.4 系统的实时性和安全性394.4.1 系统的实时性分析394.4.2 系统的安全性分析404.5 基于web远程监控系统的优点40第5章 基于web的储液罐温度监控系统的实现425.1 基于web的储液罐温度监控系统简介425.1.1 系统概述425.1.2 系统的网络结构435.1.3 系统软、硬件配置445.2 基于web的储液罐温度监控系统软件部分455.2.1 现场监控软件

12、实现的功能455.2.2 现场监控画面的设计475.3 储液罐温度远程监控系统的web发布515.3.1 IIS的安装和配置525.3.2 Fameview组态软件的web发布设置535.3.3 web发布画面54第6章 结论与展望56参考文献58外文资料翻译601. 原文资料602. 资料翻译71致8081 / 86第1章 绪论1.1 课题研究的背景和意义 随着经济全球化的发展,现代企业规模不断壮大,企业对生产过程自动化及信息管理的要求越来越高。为解决企业面临的地域限制,提高工艺控制水平和产品质量,更进一步提高企业的管理水平,实现远程实时监控已经成为当今企业的普遍要求。随着计算机技术、控制技

13、术、通信及网络技术的巨大发展,为基于web的远程实时监控系统的实现提供了技术基础和条件；即通过计算机网络连接各生产或测试现场及控制系统的信息,实现整个企业的监控系统的信息采集、分析、存储,让管理层及各部门都能看到以前只有现场监控人员才能看到的实时状况。通过计算机网络,使企业部、企业之间,处于不同地区的各相关部门之间交流现场监控信息,实现对监控现场的远程调度、指挥决策,同时可实现对系统进行进行故障诊断、维护及变量修改等操作。从企业生产管理的角度来看,为了使企业经营、决策者不必亲临工业现场就可以及时了解工厂、企业现场设备运行情况,对生产现场进行全局的把握,应用基于web的远程监控系统对工业现场的工

14、艺参数进行监控已成为一种必然的趋势。基于web的远程监控系统使得生产过程监控系统与企业生产管理系统融为一体,使得生产管理者不需要掌握专门的技术,在远程客户机上也不需要安装任何复杂的软件,只需要通过浏览器就可以了解生产现场设备的运行数据信息和相应的图形、曲线信息,及时了解生产状况,并将这些信息作为决策的参考依据,提高管理质量及把握全局的能力。基于web的远程监控系统是一个开放平台,使得企业信息的交互领域从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次,覆盖从车间、工厂、企业乃至世界各地的市场,为实现控制系统的网络化和体系的开放性创造了必要的条件。基于Web的远程监控技术可以提高企业的劳动生产效率,加强企

15、业竞争力；可以对各监控对象进行全天候,全方位监控,及时发现甚至提前预测设备问题,保证企业生产安全；基于web的远程监控技术的实现也意味着各种异地资源通过网络连接的方式,实现了资源共享。总之,远程监控向人们提供了一个更高效、更全面、更安全、更快捷的服务模式,改变了传统的监控模式。随着网络技术的飞速发展和企业信息化的不断推进,将web技术与传统的工业监控系统相结合,构建基于web的工业信息监控系统是工业监控领域发展的方向之一。本课题以某化工工厂一反应车间酚醛树脂储液罐温度控制系统为研究对象,在分析基于web的远程监控系统的结构和设计方法的基础上,研究并提出对储液罐温度、压力、液位等工艺参数的远程监

16、控系统设计,实现现场监控和远程监控的结合,使储液罐温度控制能够达到一个理想围。储液罐温度控制系统是利用各种变送器测量储液罐的温度、液位和压力值,通过模拟量输入通道接线端子板PCLD-880输入到PCL-812PG的模拟量输入通道,经A/D转换后变成数字量输入到工控机。工控机的组态软件按照控制要求对测量数据进行处理、运算,输出数据经PCL-812PG的输出通道输出,控制电磁阀、泵和调节阀等执行机构运行,从而控制储液罐的温度。基于web的储液罐温度远程监控系统是在本地监控的基础上完成现代企业工艺自动化控制水平更高的要求,将工业现场的控制信息通过组态软件的web发布功能与Internet连接起来形成

17、基于B/S结构模式的远程监控系统,控制人员就可以通过远程客户终端来实时监控工业现场系统运行的状态,这样不仅提高了对监控系统的控制效率,而且解决了企业地域限制的问题。1.2 远程监控系统概述1.2.1 远程监控系统的原理 远程监控就是指利用计算机通过网络系统实现对远程工业生产过程控制系统的监视和控制。能够实现远程监控的计算机软硬件系统称为远程监控系统。工业生产过程的监控信息接入Internet,在一定条件下就可以通过Internet监视并控制生产过程和现场设备的运行状态和各种参数,控制者不必亲临现场,这可以节省大量人力物力。管理人员可以监视远程生产运行情况,根据需要及时发出调度指令,研究机构可以

18、方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制等。远程监控系统可以划分为远程监控终端系统、远距离数据传输系统、现场设备监测与控制系统三部分。各部分分工协作,共同实现对设备的远程控制。远程监控系统模型如图1-1所示。图1-1 远程监控系统模型基于工业现场的远程监控系统必须要在工控网络和信息网络集成环境中完成原先工业控制系统的各种要求,其主要特点有以下几方面：实时性 由于系统是对工控设备进行实时监控,把采集到的现场数据及时、准确地传送到用户端是十分必要的,准确性可以由各种传输协议来保证,而实时性在现有的InternetIntranet环境中是很难得到保证的,除非使用专用网络。安全性 对于

19、通过网络访问远程设备的系统,安全性是必不可缺的,尤其对于企业资源来说更是如此。用户访问认证机制是应用较为普遍的访问控制机制,只有授权的用户可以访问企业资源；信息加密技术可以保证重要的数据在传输过程中不会被窃取和恶意篡改。可扩展性 对于企业信息管理来说,有时一个企业的资源需要不时地更新,或者改变事务流程或规则,这时一个可扩展的系统可以减少由此带来的各种麻烦。1.2.2 远程监控系统的分类根据被控对象或者通信平台不同,远程监控可以分为以下几类：(1) 基于Internet的远程监控系统目前的企业信息网络一般通过现场控制网络、企业网和Internet三网合一把分布于各局部现场,独立完成特定功能的计算

20、机、控制器现场设备等互联起来,它适应企业生产与经营的功能分布和地域分布的特点,达到资源共享、协同工作、远程监控、远程管理等为目的的全分布式网络系统,是Internet技术、数据库技术、TCP/IP网络通讯技术、浏览器技术等发展的产物。(2) 基于WAP技术的远程监控系统WAP无线应用协议提供了移动通信设备接入互联网的开放的全球标准。可以通过WAP将移动通信网、Internet以及企业的局域网联系起来,提供一种远程监控手段,使用户无论何时何地都能通过移动设备获得工业现场信息。基于WAP的远程监控可以以现有的web服务器为基础,通过WAP网关和移动终端共同完成。基于GSM网络的SMS方式远程监控系

21、统GSM数字式移动通信网络系统提供的SMS业务,具有双向通信、具有一定的交互能力、占用GSM网络的信令通道等特点,利用手机的短信功能模块和接收终端可以实现远程监控。基于EMAIL手机短信寻呼的事件通知手机短信和寻呼业务的普及以及较高的实时性,目前已有不少移动运营商和寻呼系统与Internet结合,将电子的容实时传送到手机和寻呼机上。于是,在工控系统也可以通过电子、手机短信和寻呼的结合,来实现重要报警、调度事件的实时广播。根据控制方式可以将远程监控系统进行如下分类：保持型的远程监控方式远程监控仅仅向设备控制系统发出控制命令,而由设备自主的完成这个命令,监控设备只对设备进行监视,在必要时对设备进行

22、干预。这样就要求设备不断向远程监控系统发送设备运行信息,远程监控系统保持对设备的监控能力。这种模式可实现远程设备的无人控制,可应用于危险环境和人力不能到达的地方等。完成型的远程监控方式远程监控系统仅仅向设备控制系统发出控制命令,而由设备自主的完成这个命令,远程监控系统不对设备的具体实现过程进行监控,设备完成任务后向远程监控系统报告。设备的操作控制完全在本地进行,设备在本地操作人员的监控下完成任务。完全型的远程监控方式设备的本地控制系统仅仅控制设备的执行机构,全部的操作控制由远程监控系统完成。在这种方式中,设备控制系统和设备是分离的,而在设备控制系统信号的传递速度要求很高,要求系统能够立刻对现场

23、做出反应。这种控制方式用在一些特殊的行业。人机交互式远程监控方式设备在本地操作人员和远程监控系统的协同控制下工作,即设备在远程监控系统的指挥下工作,由本地操作人员对设备进行控制和维护工作。在任务执行过程中,可随时建立连接,进行设备之间和人员之间的交互,设备的状态信息可随时在远程监控端采集。这是目前使用比较多的一种监控方式。1.2.3 远程监控系统的发展趋势纵观整个远程监控控制技术的发展过程,共产生了三种模式：主机集中模式、客户-服务器模式、浏览器-服务器模式。主机集中模式中,大型主机通常是一台计算功能强大的计算机,众多远程终端用户共享大型主机CPU资源 和数据库存储功能,这是一种典型的肥服务器

24、-瘦客户机工作模式,提供了高度集中控制,安全可靠,但是主机负担过重,设备昂贵,系统可靠性差,伸缩性较小。客户机-服务器模式机制运作的基本过程是：服务器监听相应端口的输入,客户机发送请求,服务器接受并处理请求,并将结果回送给客户机。客户通过Internet/Intranet直接与数据库服务器对话,服务器将对话结果返回给客户机。它把集中管理模式转化为一种服务器和客户机负荷均衡的分布式计算模式,解决了执行效率和容量不足的问题,但客户-服务器也有许多缺点,如客户机与服务器的职责不明,系统移植困难,客户端开发和维护麻烦,应用系统的设计比较复杂,容易导致服务器和网络过载而影响系统的性能。由于客户机-服务器

25、模式存在的这些不足之处,可以在传统的客户机-服务器模式的中间加上一层,把原来客户机所负责的功能交给中间层来实现,这个中间层即为web服务器层。这样,客户端就不负责原来的数据存取,只需在客户端安装浏览器就可以了。把原来的服务器作为数据库服务器,在数据库服务器上安装数据库管理系统和创建数据库。web服务器的作用就是对数据库进行访问,并通过Internet/Intranet传递给浏览器。这样web服务器既是浏览器的服务器,又是数据库服务器的浏览器。在这种模式下,客户机就变成了一个简单的浏览器,形成了肥服务器-瘦客户机的模式,这就是浏览器-服务器模式。目前,远程监控技术主要是应用Internet技术,

26、在TCP/IP协议和B/S结构体系的支持下,合理组织软硬件结构,使操作人员通过浏览器访问网络服务器来迅速获取自己权限下的所有信息并及时做出响应。在不远的将来,嵌入式系统的发展会越来越迅速,越来越成熟,这项新技术必将用于远程控制系统上,是控制系统的未来发展方向之一。网络通信技术在远程监控系统中的应用还渗透到了传感器领域,将网络接口芯片与智能传感器集成起来,并把通信协议固化到智能传感器的ROM中,导致了网络传感器的产生。国在网络传感器方面的研究尚处于原理研究阶段,还没有成型的网络化传感器出现。这些都是以后的研究方向和领域,有待于进一步的研究和拓展。基于web的远程监控系统的发展始终与高新技术的发展

27、息息相关,现代企业不断地对远程监控的简便性和实时性提出更高的要求,因此必须要更快、更好地把最新技术应用到远程监控当中,这样才能使得远程监控技术不断地得到发展,不断地满足人们的需求。1.3 基于web的远程监控系统国外研究现状现代企业的生产已经趋向国际化,分布式的生产方式、用户的需求促使自动控制技术不断进步。Internet/Intranet将是实现分布式生产的基础。近年来,基web的工业信息监控方式成为研究的热点,无论是研究还是应用,都得到了长足的发展。它既具有控制系统的实时性和可靠性,又具有信息系统的开放性和广泛性。通过现场监控层与web服务器的信息交换实现远程客户终端对现场工艺参数的实时监

28、控。1.3.1 国外研究现状目前,国外对基于web的远程监控已有了比较深入的研究。在机器人技术中,1993年美国国家航空航天局Johnson航天中心与的四所大学成功地进行了机器人远程分布式控制试验。该项试验是通过Internet在Johnson航天中心控制位于Texas A&M大学和Texas大学Asution分校的机器人,并同时在Arlington分校和Rice大学进行监测和性能分析。1994年美国南加州大学完成Mercury项目,该项目允许远程用户通过web浏览器控制一个机械手进行文物挖掘。在工业控制领域,1996年美国麻省North Andover公司首先将PLC与Internet相连,

29、现在许多用户从中受益。基于以太网,客户只要拥有浏览器,即可方便地进行通信。虽然可以用浏览器来进行过程参数的设定或控制对象的关闭与开启,但浏览器不能用来控制设备,因此设备的实际控制由PLC或PC机来完成。在美国太平洋科学仪器公司,用于测量半导体部杂质的设备控制器系统综合了监测、过程控制、传感器总线及web网络服务器技术。通过web网络技术使控制器与机床传感器进行对话,利用总线与以太网端口传送数据,由计算机提供原始数据,并与生产过程的实际数据综合,以探测故障、控制现场及决定统计过程控制参数。在设备的远程故障诊断领域,在美国波音公司的设备预维护系统中,采用了web网络技术进行数据分析,使用以太网TC

30、P/IP和web浏览器进行远程探测和检修机器的故障,对于设备复杂故障的分析与排除,也可以通过人工智能软件来实现。加拿大Granby公司使用了web网络浏览器技术,通过以太网TCP/IP进行机床故障诊断、维护及排除,周期性地使用自动视屏信号及录像机进行监控、服务请求和机器诊断,通过Internet连接与web网络访问进行图像传输,实现主要用户远程产品和生产过程的监测,没有使用针对机器的专用通信与控制线路。在远程网络实验领域,美国Tennessee at Chattanooga大学的Jim Henery设计的网上工程实验室提供了一系列远程控制实验,如：压力控制、液面控制、温度控制、速度控制实验等,

31、该远程实验系统由一台web服务器和五台客户机构成的,每台客户机与一套实际的设备相连。用户通过Internet访问web服务器,选择控制参数,然后web服务器把这些参数写入文件传送给相应的客户机,客户机收到这些参数后,控制实验设备来完成实验,并把实验数据通过web服务器生成实验结果图,返回给用户。新加坡国立大学的虚拟实验室允许用户通过Internet进行远程实验,可以实现昂贵实验设备的共享。另外,许多国际知名大公司都在他们的工控产品中加入了因特网模块,如：美国National Instrument公司在其虚拟仪器产品LabView中新增了Internet模块,可以通过web方式接收测试数据；西门

32、子的Wincc、悉亚特的CITECT等也相继推出了支持web功能的组态软件,这些组态软件包含了具有web功能的组件,并在工业领域得到一定的应用。1.3.2 国研究现状在国也有很多致力于基于web的远程监控方面的研究与应用,贾智平等利用ActiveX技术将Internet技术与电力监控系统结合起来,从而形成了一种新的基于浏览器的电力监控系统；吕浩杰等利用相关的web技术开发的B/S模式油田监控系统等。国各高校对于基于web的实时监控技术也开展了积极研究。其中,交通大学、工业大学、华中科技大学、交通大学、理工大学等研究成果较为先进,例如华中科技大学开发出的汽轮机工况监测和诊断系统KDTGMD、工业

33、大学的微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统MMMDES、理工大学CIMS研究所承担了国防科工委FMS实验中心检测监控系统的研制任务,对柔性制造系统中各子系统的检测监控技术进行了初步集成。同时,国的一些组态软件厂商也已经在开始监控软件中引入web技术,杰控科技公司的Fameview组态软件中就包含了ForInternet软件,是运行在web服务器上的一种应用软件,它不需要其它特殊的软件、驱动程序或用户程序的支持,就可使远程用户在计算机上,以浏览HTML页面的方式实时监控生产现场。但也存在不足,远程用户只能通过浏览器监视已经组态好的画面,不能对IE浏览器显示的任何变量做出改变,与真正的远程监控

34、还有一段距离。总之,基于Internet的远程监控系统已投入到实际的应用领域,并取得了良好的经济效益,其应用前景是十分广阔的。在广泛的工业领域中,可实现信息网络和控制网络融合,即现场总线和Internet容为一体,实现真正的虚拟工厂和虚拟制造。远程监控技术的成熟也促进其在核电站监控、石油的输送管道监测、电网运行监控和机器人的远程控制等领域都起了巨大作用。1.4 论文的研究思路与容基于web的工艺参数远程监控系统是结合了传统的现场监控设备和新型Internet技术一个复杂系统,其特点表现在数据传输的实时性、客户机远程浏览的可行性、控制信息执行的可靠性。采用何种方法将工业监控系统的数据及时、安全的

35、反映到客户端浏览器上是本文的研究重点。本文在研究了基于web的远程监控系统结构、功能、监控模式的基础上,针对现有实时监控系统的优点和缺点,本系统利用网络技术,选用研华工控机作为控制监测站、选用相应传感器及研华的PCL-812PG数据采集卡通过ISA总线协议在本地网络与上位机通信,选用杰控科技公司的组态软件Fameview进行组态,组成参数监控系统对某化工厂一反应车间酚醛树脂储液罐的温度、压力、液位等参数进行监控,并实时记录监控数据和报警信息,最后通过组态软件的web发布功能与Internet进行数据交换,利用web技术对工艺参数进行远程监控、实现对该化工厂的异地远程网络监控功能。本论文的章节安

36、排如下：第l章：绪论指出本课题的研究背景和意义及基于web的远程监控系统国外研究现状。第2章：分析基于web的远程监控系统功能、结构及软件实现方式。通过对不同基于web的监控方案的分析与比较,确定多层B/S模式工业远程实时监控系统方案。第3章 ：监控系统设计中的关键技术分析。基于web的监控功能的需要,分析了实现基于web的监控系统所涉及的关键技术,其中包括上位机部分的组态软件介绍,下位机部分的数据采集卡和传感器介绍,以及上位机与下位机之间的通信方式分析。第4章 ：基于web的工艺参数远程监控系统的结构设计。本章从组态软件的web发布功能出发,研究设计了该系统的结构体系,并分析了系统的实时性和

37、安全性。第5章 ：基于web的储液罐温度监控系统的实现。针对某化工厂储液罐温度控制系统的实际情况,将本文研究的基于web的工艺参数远程监控系统设计方案应用于储液罐温度控制系统中,验证其可行性和有效性。第6章 ：结论与展望。总结本文所做的研究和工作,并结合本文的研究工作提出了几点展望。本系统所需要的软件环境：操作系统为Windows 2000 Server以上；web服务器选用微软公司的IIS；数据库服务器采用SQL Server 2000；Fameview态软件作为监控平台的开发工具。第2章 基于web的远程监控系统基于web的远程监控是指本地计算机通过网络实现对远端设备的监视、控制和维护。它

38、的主要目的是实时监测远端设备的运行状态,改变运行参数以及控制方式,与远端系统各网络节点实现信息共享,及时预报和排除设备故障,提高远端设备的生产效率,提高客户的满意度。基于web的远程监控技术是现代自动化技术的重要组成部分,是计算机技术、网络技术、通信技术和设备监控与维护技术相结合的必然结果,是控制技术领域的研究热点之一。借助远程监控和维护系统,连接各生产或测试现场以及控制系统的信息,实现整个企业监控系统信息的采集、分析、统计、存储,让管理层和各部门都能看到以前只有现场监控人员才能看到的现场实时状况。通过局域网、广域网、国际互联网,使企业部、企业之间,处于不同地区的各相关部门之间交流现场监控信息

39、。操作者可以进行设备的远程安装、调试,依靠安装在现场的各种传感器及音视频设备,远隔千里便可随时了解现场生产与设备情况,对生产现场进行监控、故障诊断和维护,实现对监控现场的远程调度、指挥决策。2.1 基于web的监控系统结构及功能要求2.1.1 基于web的监控系统体系结构整个网络远程监控系统分为三个层次：现场设备层、现场监控层及远程监控层。现场设备层现场设备层位于监控系统的下层,是整个监控系统性能保障的基础。现场系统可采用传统的RS485422总线,也可是LONWORK、PROFIBUS、CAN等现场总线。各种现场信号通过现场总线接口卡或RS485422总线接入现场工作站。依照现场总线的协议标

40、准,底层设备采用功能块的结构,通过组态设计,可以完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制以及阀位补偿等各种功能。现场监控层SCADA层提供了对现场数据的分析处理功能。SCADA层采用工控机对生产过程控制系统进行监控,通过计算机的串口或现场总线接口卡与现场设备通信。工控机上运行的监控软件可完成工业现场实时动态画面显示,同时实现运行参数的监测、现场设备控制、现场设备参数给定、数据处理存储、报表打印、报警和趋势分析等功能。SCADA监控层是整个基于网络的设备远程监控系统的核心,体现了信息的交互和资源的共享,它的完善程度直接影响着整个系统的灵活性、有效性和可靠性问题。远程监控层远程

41、监控层位于整个系统的上层部分,是整个系统面向世界的窗口。这一部分提供给管理人员一个方便的管理手段,远端的管理人员被赋予一定的权限后,可以在线修改各种设备参数和运行参数,从而在广域网围实现底层测控信息的实时传递。远程监控层可租用企业专线或者利用公众数据网与现场监控系统进行通讯,将工业现场监测信息进行处理和存贮,为远程控制提供依据。目前,远程监控实现的途径就是通过Internet,由于涉及实际的生产过程,必须采用防火墙、用户身份认证以及密钥管理等保证网络安全。2.1.2 基于web的监控系统功能要求基于web的远程监控系统是以Internet为基础,对企业信息进行自动采集、处理和实时发布,并能对工

42、业现场进行远程控制的计算机应用系统,它将企业的各个自动化孤岛连接起来,实现企业生产、控制、管理一体化。它既具有控制系统的实时性、可靠性,又具有信息系统的开放性和广泛性。作为控制系统与信息系统的综合,远程监控系统除具有一般监控系统的功能外,还具有较强的信息存储、处理功能。具体表现为以下几点：数据采集与处理：对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样和必要的预处理,并且以一定的形式输出,如打印报表、显示屏和触摸屏等。为生产人员提供可靠的数据,帮助他们进行分析,以便了解生产情况。状态监控功能：将检测到的实时数据和生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行分析、归纳、整理、计算等二次加工,并分别作

43、为实时数据和历史数据加以存储。控制功能：在检测的基础上进行信息加工,形成控制输出,直接作用于生产过程。(4) 数据管理：利用已有的数据、图像、报表等对现场运行状况进行分析、故障诊断、险情预测,并以声光电的形式对故障和突发事件报警。动态网页发布功能：系统采用动态网页发布数据,数据发布及时、准确,刷新速度快,客户可通过远端浏览器从监控页面上直接获取实时的生产数据,并发出相应控制指令对生产现场进行控制。为各种基于web的应用程序提供实时和历史数据接口,使系统的功能可横向扩展。基于web的远程实时监控系统不仅可以实现异地控制,也可以实现大围的资源共享。将实时监控应用系统架构于Internet计算环境中

44、,可以从许多方面改善监控系统的性能和扩展增强系统功能。2.2 基于web的监控系统监控模式随着计算机网络技术的发展,引发了工业控制网络远程监控模式的重大变革,目前主要有三种模式：主机集中模式、客户服务器模式、浏览器服务器模式。2.2.1 工业控制系统监控模式主机集中模式大型主机通常是一台计算功能强大的计算机,众多远程终端本身没有任何计算能力,所有的处理过程都是终端用户共享大型主机CPU资源和数据库存储功能来完成的。这是一种典型的肥服务器瘦客户机工作模式,提供了高度的集中控制,可保证信息的安全。但是若在线用户变多,或者数据库的数据累计量变大,导致主机负担过重,系统的伸缩性变小。若想改善整体运行效

45、率,必须扩充存或升级主机,这样就增加了设备费用。由于采用主机集中,这无疑集中了设备故障的危险性,致使系统可靠性变差。客户服务器模式传统两层C/S模式传统的一种监控模式是客户机服务器结构,把系统分为客户机和服务器两层。两层C/S体系结构如图2-1所示。图2-1 C/S体系结构服务器部分主要负责执行后台服务,如管理共享外设、控制对共享数据库的操作、接受并应答客户机的请求等。客户机部分负责执行前台功能,如管理用户接口、报告请求等。这种体系结构将一个应用系统分为两大部分,由多台计算机分别执行,使它们有机的结合在一起,协同完成整个系统的应用,从而达到系统中软、硬件资源最大限度的利用。C/S应用系统基本运

46、行关系体现为：请求响应的应答模式。当用户需要访问服务器时,由客户机发出请求,服务器接受请求并响应,然后执行相应的服务,将执行结果送回给客户机,由它进一步处理后再提交给用户。由于C/S结构被设计成两层模式,显示逻辑和事务处理逻辑部分均被放在客户端,数据处理逻辑和数据库放在服务器端,从而使客户端变得很胖,成为胖客户机,而服务器端的任务则相对较轻,成为瘦服务器。多层C/S模式随着网络技术的进一步发展,出现了多层C/S模式,其结构如图2-2所示。图2-2 多层C/S体系结构多层C/S模式三个部分：表示层、业务逻辑层、数据服务层。与两层C/S模式不同的是,多层C/S模式把业务逻辑单独提取出来,构成了中间

47、层,从而形成真正的分布式应用系统。三层结构的客户层只须关注独立于事务逻辑的与用户交互的界面,而具体事务逻辑的处理由业务逻辑层进行封装,它将原先的置于客户层的业务逻辑为所有客户共享。数据服务层不再和每个活动客户保持一个连接,而是若干客户通过相应业务逻辑共享数据服务,从而减少了连接次数,提高了数据服务器的性能和安全性。三层模式大大减轻了客户机的压力,这种结构被称之为瘦客户机模式。这种结构中,只需随机地增加中间层的服务,即可满足扩充系统的需要。三层C/S模式相对基本C/S模式具有可维护性好、系统资源优化、降低数据库服务器的负荷、系统的反应速度快等优点。但随着信息技术的发展,客户机-服务器结构暴露出一

48、些问题。由于客户机-服务器结构中,客户端同时承担了表达逻辑和业务逻辑两部分功能,二者之间界限不明显,无论在功能划分上还是在具体程序表现上,两个层面往往交织在一起。因而客户端需要安装大量的软件,机器需要较高的配置,客户端维护频繁,系统的鲁棒性下降,用户也需要进行专门的培训才能操作。这样,运行成本一直呈上升趋势,从某种程度上限制了其应用围。这种瘦服务器-非客户机的模式,随着信息管理的复杂化、网络系统集成的高度化发展,其逐渐显示出它的局限性,具体表现在如下几个方面。首先,系统硬件资源的浪费。随着软件复杂程度的增加和客户端规模的扩大,为了保证每个客户机都能运行全部的软件功能,不得不对所有客户机都进行硬

49、件升级。其次,缺乏灵活性、部署困难。客户服务器需要对每一应用独立地开发应用程序,消耗了大量的资源,而且在向Internet扩充的过程中,由于信息量的迅速增大,专用的客户端已经无法满足多功能的需求。另外客户端的操作系统是不同的,与此对应的客户端程序也是不同的。但是,为每一个操作系统设计一个客户端的程序是不现实的。而要求客户放弃已有的操作系统来购买新的操作系统会使客户付出很大的代价。再次,客户端和服务器的直接连接,服务器将消耗部分系统资源用于处理与客户端的连接工作。每当同时存在大量客户端数据请求时,服务器有限的系统资源将被用于频繁应对与客户端之间的连接。从而无法及时响应数据请求。客户端数据请求堆积

50、的直接后果将导致系统整体的运行失败。最后,更突出的弱点在于管理、维护费用高、难度大。浏览器服务器模式三层B/S结构B/S结构就是采用三层结构即Browse/web Server/Data Base Server,组成的浏览器、web服务器和数据库服务器计算模式,是典型的三层C/S结构在web上应用的特例。三层B/S体系结构如图2-3所示。图2-3 B/S体系结构三层B/S模式增加了较厚的中间件,形成瘦客户机-胖中间层-瘦服务器的计算模式,这种模式比较适合于Internet/Intranet的数据库发布信息系统。三层B/S模式中,客户端运行浏览器软件,浏览器以形式向web服务器提出请求；web服

51、务器接受客户端请求后,将需要访问数据库的请求转化为SQL语言,并交给数据库服务器；数据库服务器得到请求后,验证其合法性,并进行数据处理,然后将处理后的结果返回给web服务器；web服务 器再一次将得到的所有结果进行转化加入一些必要的信息,变成HTML文档形式,转发给客户端浏览器以友好的web页面形式显示出来。B/S结构提供了一个跨平台的简单一致的应用环境,与传统的管理信息系统相比,实现了开发环境与应用环境的分离,使开发环境独立于用户的应用环境。多层B/S结构随着网络技术的进一步成熟,出现了多层B/S模式,如图2-4所示。图2-4 多层B/S模式多层B/S模式客户端采用统一的浏览器界面,可以根据

52、需求在web服务器方设计不同的页面,通过在远程下载所需的网页,满足不同的需要；浏览器中运行的应用程序和应用服务器之间只传送请求信息和响应信息,网络传送的信息量小；通过修改服务器端的应用逻辑即可满足新的应用需求,提高了系统的可维护性；多层结构使系统具有连接缓冲、负载均衡、安全管理等功能,从而大大提高了web应用整体的灵活、安全性和可扩展性。它使纷繁多样的客户端软件得到统一,实现了统一的用户界面,避免了系统版本升级时对客户端软件升级带来的负担。相对于客户端-服务器结构而言,采用浏览器-服务器结构实现远程监控系统的设计是一次深刻的变革,它具有如下突出优点：首先,客户端不再负责数据库的存取和复杂数据计

53、算的任务,只需要其进行显示,充分发挥了服务器的强大作用,这样就大大降低了对客户端的要求,降低了投资和使用成本。其次,易于维护、易于升级。维护人员不再为程序的维护工作而奔波,而把主要精力放在功能服务器上。由于客户端无需专用的软件,当企业网络应用进行升级时,只需更新服务器端的软件,减轻了系统维护与升级的成本与工作量。再次,用户操作使用简便。浏览器-服务器结构的客户端只是一个提供友好界面的浏览器,通过简单的操作即可实现远程监控,用户无须培训便可直接使用,利用推广。最后,易于实现跨平台的应用,解决了不同系统兼容问题,改善了用户环境。2.2.3 C/S与B/S模式的比较基于B/S和C/S的远程监控系统都

54、是以网络作为通信平台的监控系统,以技术为基础,具有简单、高效等优点,已经成为信息网络最普遍应用的信息交互平台。但是这两种模式也存在着各自的优缺点：在过去的十几年里,由于硬件技术的发展和操作系统能力的加强,网络的日渐完善,开放式网络环境下的C/S结构成为分布式处理的主流。C/S结构为实现企业级的信息共享起到举足轻重的作用,但随着企业规模的日益扩大,应用程序复杂程度的不断提高,传统的C/S结构也暴露出许多问题：系统软件和应用软件变得越来越复杂,这不仅给应用软件实现带来困难,还给软件维护造成不便。随着用户需求的改变,Client端应用软件可能需要增加新的功能或修改用户界面,那么该软件的应用围越广,软

55、件维护的开销也就越大。C/S结构所采用的软件产品大都缺乏开放的标准,一般不能跨平台运行。当把C/S结构的软件应用于广域网时就暴露出更大的不足。B/S模式系统主要是利用了不断成熟的web浏览器技术,结合浏览器的多种Script语言和ActiveX技术,用通用浏览器实现原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能,节约了开发成本,是一种全新的软件系统构造技术。B/S结构与C/S结构比较具有以下优势：由于web支持底层的协议,使web网与目前使用的局域网做到无缝连接,从而解决了并构系统间的连接问题。由于web采用了瘦客户端,使系统具有的开放性得到很大的改善,系统对将要访问系统的用户数限制有所放松。它使纷繁

56、多样的客户端软件得到统一,实现了统一的用户界面避免了系统版本升级时对客户端软件升级带来的负担,系统的相对集中性使系统的维护和扩展变得容易。由于统一的界面风格,操作相对简单,它不再需要针对不同的客户端软件进行培训,任何被授权的用户在任何地点只要通过浏览器就可以使用该系统,减少了用户培训的需求。目前,许多HMI软件除了支持标准Client以外,有的还支持web Client和Terminal Server Client,C/S模式凭借各种工控组态软件的支持,具有系统实时性、搭建快速、方便以及信号分析工具丰富等优点,在工业控制领域广泛采用。B/S结构的产生标志着人们所熟悉的C/S开发规被引入到web

57、上。基于web的B/S架构下其数据和应用可以通过不同平台、不同网络存取,并具有与平台无关、伸缩性大、易用性好、用户界面统一、易于维护、扩展性好、信息高度共享等优点。但是由于工业控制实时性的要求和异构系统多的特点,使用一般的web技术难以应用于工业系统,基于web的B/S模式在工业系统中应用也一直只停留在研究阶段。近几年来,随着对Internet功能要求的提高,涌现了许多扩充Internet功能的新技术,如ActiveX技术、ADO技术、ASP技术、JSP技术、PHP技术、Java等,这些技术可以用来方便的实现动态网页的开发。而在控制领域,也涌现了Socket实时通信技术、OPC技术等数据交换技

58、术,这些技术的出现使得构建基于web的B/S结构工业控制系统已经逐步迈向实施阶段。通过上文的分析与比较,本文将以web技术为基础,建立基于多层B/S的工业远程实时监控系统框架,并将研究成果应用到实际项目中,验证其可行性及有效性。第3章 监控系统设计中的关键技术分析基于web的B/S模式工艺参数的远程监控系统设计中需要用到很多技术,本章就对所用的关键技术进行分析。3.1 上位机监控组态分析3.1.1 组态软件概述随着工业自动化水平的迅速提高,计算机在工业领域的广泛应用,人们对工业自动化的要求越来越高,种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求

59、,工控组态软件随之孕育而生,并且逐渐发展成为现今工厂的主流监控方式。组态的概念来自英文Configuration,含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置,使计算机或软件按照预先设置,达到自动执行特定任务、满足使用者要求的目的。组态是伴随着计算机软硬件技术在控制领域的广泛应用而发展起来的。为了使用户尽量少写程序,甚至不用写程序,便可生成自己需求的应用系统,需要专业软件开发人员创建良好的开发环境,把软件模块化、对象化,便于工程人员调用,从而获得目标项目的监控和控制软件系统,这种开发环境就是组太软件。使用这种应用软件来设计并生成目标应用系统的过程称为组态。1. 组态技术的产生背景随着计算

60、机技术的发展,工业自动化水平的迅速提高,计算机在工业领域的广泛应用,人们对工业自动化的要求越来越高,种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,使得传统的工业控制软件无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时,工业被控对象一旦变动,就必须修改其控制系统的源程序,导致其开发周期长；已开发成功的工控软件由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低,导致其价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时,如果原来的编程人员离去,则源程序的修改更是困难。另外,集散控制系统的出现也加速了组态技术的应用。集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散型控制系统的简称。集散控制系统综合了计算机技术、通信技术、图

61、形显示技术和过程控制技术,采用了多层次分级的结构形式,以适应现代生产控制与管理的需要。它继承和发展了常规仪表控制系统和计算机控制系统的优点,同时也弥补了各自的不足。集散控制系统一般分为四级：一级为现场装置；二级为以微处理器为核心的直接数字控制装置DDC或PLC；三级为操作装置,由微型机和小型控制台组成,用于集中管理；四级为管理计算机,装置为高档微型机或小型机,进行全部系统的信息处理及监视管理。由于DCS可以应用到很多的领域中,为了使用户在不需要编程的情况下就可生成适合自己需求的应用系统,每个DCS供应商在DCS中都预装了系统软件和应用软件,其中的应用软件就是组态软件。通用工业自动化组态软件的出现,组态技术的应用,为解决传统工业控制软件存在的种种问题,提供了一种崭新的方法,利用组态技术,用户能够很好地根据自己的控制对象和控制目的任意组态,完成最终的自动化控制工程。计算机编程从结构化编程到模块化编程,又到对象化编程,再到今天的组态编程。通过组态,对各种资源进行配置,达到使计算机或软件按照预先的设置,自动执行特定任务,满足用户的需求。利用专家开发出的程序模块,工程人员只需简单的操作,就可以组建出美观的监控窗口,并